淺述石油天然氣長輸管道超聲波檢測

魏紅璞 趙永偉

摘 要：文章對超聲波檢測技術(shù)進行了簡要介紹，并重點闡述了超聲波在石油天然氣長輸管道焊縫檢測中的應(yīng)用技術(shù)，力圖通過論述實現(xiàn)超聲檢出結(jié)果的正確評判。

關(guān)鍵詞：超聲波檢測;性能;調(diào)節(jié);校準(zhǔn);復(fù)核

一、引言

超聲檢測是五大常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高且發(fā)展最快的一種無損檢測技術(shù)。而其之所以被廣泛應(yīng)用，主要在于它相對其他無損檢測方法的巨大優(yōu)勢：⑴超聲檢測對面積型缺陷檢出率較高。⑵檢測靈敏度高，可檢測工件內(nèi)部尺寸很小的缺陷。⑶穿透能力強，可對較大厚度范圍內(nèi)的工件內(nèi)部缺陷進行檢測。⑷缺陷定位較準(zhǔn)確。⑸適用于金屬、非金屬和復(fù)合材料等多種制件的無損檢測。⑹檢測成本低、速度快，設(shè)備輕便，對人體和環(huán)境無害，現(xiàn)場使用方便。正因此，在石油天然氣長輸管道的建設(shè)中，超聲檢測亦得到了廣泛的應(yīng)用。

二、超聲檢測技術(shù)流程

超聲檢測首先要做好器材的選擇，這些包括探傷儀、探頭的選擇及綜合性能測定。目前在石油天然氣長輸管道建設(shè)中使用的超聲波探傷儀為A型脈沖反射式數(shù)字探傷儀，該類儀器性能應(yīng)滿足熒光屏滿刻度80%的范圍內(nèi)線性顯示，并具有不小于80dB的連續(xù)可調(diào)衰減，水平線性誤差應(yīng)不大于1%，垂直線性誤差應(yīng)不大于5%。由于石油天然氣長輸管道受管徑制約，焊縫多采用單面焊雙面成形工藝，超聲波只能單面檢測，因此探頭選擇為斜探頭。斜探頭選擇時應(yīng)考慮以下三個方面：⑴探頭聲束應(yīng)能掃查到整個檢測截面。⑵探頭聲束中心線應(yīng)與焊縫中可能出現(xiàn)的危險性缺陷盡量垂直。⑶盡量使用一次波判別缺陷。除此探頭還應(yīng)保證無明顯雙蜂，且水平方向偏離角應(yīng)不大于2°。在綜合性能方面，儀器和探頭組合靈敏度應(yīng)滿足在所檢工件最大聲程處，有效靈敏度余量不小于10dB，分辨率≥6dB的要求。耦合劑的選擇則應(yīng)考慮價格、性能及對后續(xù)工序影響，根據(jù)石油天然氣長輸管道超聲檢測特點，耦合劑多選用工業(yè)糨糊。

超聲檢測第二步就是做好設(shè)備的調(diào)節(jié)，包括掃描速度調(diào)節(jié)、K值測定及dB曲線制作。掃描速度調(diào)節(jié)和K值測定對超聲檢測具有重要意義，這些參數(shù)的精準(zhǔn)性決定了超聲定位的準(zhǔn)確性并直接影響回波的判定。掃描速度調(diào)節(jié)包括聲程法、水平法和深度法。對于數(shù)字式超聲探傷儀由于數(shù)據(jù)互通，因此可以實現(xiàn)聲程、水平及深度不同顯示的隨意切換。在實際工作中，掃描速度校準(zhǔn)具有重要的意義，特別在掃描速度調(diào)節(jié)完成后，應(yīng)及時復(fù)核掃描速度調(diào)節(jié)時所選最近及最遠(yuǎn)聲程回波位置，從而判定速度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。當(dāng)數(shù)據(jù)誤差超過掃描讀數(shù)的10%時，則說明速度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)確，應(yīng)重新進行調(diào)節(jié)。掃描調(diào)節(jié)后應(yīng)進行K值測定，K值是超聲檢測中十分重要的測定參數(shù)，當(dāng)K值不準(zhǔn)確時，我們除了發(fā)現(xiàn)缺陷深度位置偏誤，在缺陷兩側(cè)檢測時，還會發(fā)現(xiàn)缺陷的水平位置將無法重合。因此在K值測定后，操作人員應(yīng)及時對不同深度反射孔進行K值校驗，確保誤差在10%以內(nèi)，否則應(yīng)重新測定。dB曲線制作是掃描速度調(diào)節(jié)和K值測定后的另一項重要工作，它的準(zhǔn)確性決定了焊縫質(zhì)量的評定。因此dB曲線制作后應(yīng)及時對各點校核，若存在誤差應(yīng)及時調(diào)整。

調(diào)校好的儀器就可以進行現(xiàn)場檢測了，但儀器需要定期進行校準(zhǔn)和復(fù)核，以保證檢測的準(zhǔn)確。復(fù)核應(yīng)在每次檢測前進行，且遇到下述情況時應(yīng)重新核查：⑴更換探頭、改變耦合劑種類時。⑵連續(xù)工作時間超過4h時。⑶懷疑靈敏度不正確時。⑷檢測結(jié)束時。掃描量程的復(fù)核應(yīng)在每次檢測結(jié)束前進行。如果距離-波幅曲線上任意一點在掃描線上的偏移超過掃描讀數(shù)的10%時，應(yīng)對掃描量程重新調(diào)整，并對復(fù)核失效段重新檢測。掃查靈敏度的復(fù)核亦應(yīng)在每次檢測結(jié)束前進行。一般對距離-波幅曲線的校核應(yīng)大于3點，如果任何一點幅度下降2dB，則應(yīng)對上一次以來所有的檢測結(jié)果進行復(fù)檢;如幅度上升2dB，則應(yīng)對所有的記錄信號進行重新評定。

三、焊縫超聲檢測技術(shù)分析

超聲在檢測過程中主要根據(jù)缺陷波的靜態(tài)波形和動態(tài)波形對缺陷進行識別和性質(zhì)估判。在靜態(tài)波形研究中應(yīng)注意：缺陷內(nèi)含物的聲阻抗對缺陷回波高度有較大影響，對于氣體，聲阻抗很小，反射回波高。非金屬或金屬夾渣聲阻抗較大，反射回波低。另外，不同類型缺陷反射波形狀也有一定的差別。例如：氣孔表面光滑，界面反射率高，波形尖銳陡直;而夾渣表面粗糟，界面反射率低，同時還有部分聲波透入夾渣層，形成多次反射，波形寬大并帶鋸齒。單個缺陷回波是獨立出現(xiàn)的，而密集缺陷則是雜亂出現(xiàn)，且互相彼連。在動態(tài)波形上，不同性質(zhì)缺陷的動態(tài)波形也是不同的。一般點反射體的動態(tài)波形為平滑的由零上升到最大值，然后又平滑的下降到零。光滑大平面反射體當(dāng)聲束接近垂直入射時，其動態(tài)波形為波幅平滑的由零升到峰值，隨探頭繼續(xù)移動，波幅基本不變，或只在±4dB的范圍內(nèi)變化，最后又平滑的下降到零。對于不規(guī)則的大反射體，當(dāng)聲束接近垂直入射時，其動態(tài)波形為探頭在各個不同的位置檢測缺陷時，顯示屏上均呈一個參差不齊的回波，探頭移動時，回波幅度顯示很不規(guī)則的起伏態(tài)。而當(dāng)聲束傾斜入射時，其動態(tài)波形表現(xiàn)為探頭在各個不同位置檢測缺陷時，顯示屏上顯示脈沖包絡(luò)呈鐘形的一系列連續(xù)信號。探頭移動時，每個小波峰也在脈沖包絡(luò)中移動，波幅由零逐漸升到最大值，然后波幅又下降到零，信號起伏較大。

超聲檢測中還應(yīng)注意以下幾點：⑴檢測前對探頭移動區(qū)內(nèi)的銹蝕、油污、飛濺及其他雜物應(yīng)進行清除，檢測表面做到光滑平整，以保證良好耦合。⑵缺陷的定位、定性應(yīng)以最高回波為準(zhǔn)。⑶應(yīng)注意非缺陷回波的辨析，包括溝槽回波、焊角回波、錯位回波及單面焊回波等。其中溝槽回波或焊角回波如果在外焊道，可用手指蘸耦合劑敲擊相應(yīng)位置，回波會隨之上下跳動;在內(nèi)焊道無論是溝槽回波、焊角回波或其他偽回波，只能根據(jù)回波位置及雙側(cè)回波特點進行判斷。⑷由于探頭正持和反持時手的力道有差異，因此即使對同一缺陷檢測，波幅高度也會有較大不同，因此在檢測中應(yīng)格外注意。⑸檢測中只要有回波就應(yīng)引起注意，除了一些儀器回波，一般這都說明有反射面存在，具體判定應(yīng)根據(jù)焊接狀況、工件結(jié)構(gòu)、表面狀況、回波定位等綜合評判。

四、結(jié)語

超聲檢測技術(shù)是一門成熟的檢測技術(shù)，雖然仍有一些局限和不足，但隨著科技的不斷進步和發(fā)展，相信這些問題都能夠得到很好的解決。

參考文獻：

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